(57)【要約】【課題】燃料電池内の残留水分を排出するために加圧して掃気すると、掃気に用いるガスが残留水分と共に多量に排出され、燃費の低下を招いていた。【解決手段】電解質膜と電解質膜に接するアノード及びカソードとを有し、反応ガスを用いて発電を行う膜電極接合体と、膜電極接合体の厚み方向に押力を加える押力発生部と、を備えた燃料電池システムにおいて、押力発生部は、膜電極接合体の内部に存在する水分を低減する旨の低減要求を検出すると、押力を、低減要求を検出する前に比べて増加させるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
電解質膜と前記電解質膜に接するアノード及びカソードとを有し、反応ガスを用いて発電を行う膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の厚み方向に押力を加える押力発生部と、
を備え、
前記押力発生部は、前記膜電極接合体の内部に存在する水分を低減する旨の低減要求を検出すると、前記押力を、前記低減要求検出前に比べて増加させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記膜電極接合体に前記反応ガスを供給するためのガス流路と、
前記ガス流路内の水分の排水処理を実行する排水処理部と、
を備え、
前記排水処理部は、前記ガス流路に所定のガスを供給することによって前記排水処理を実行する、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記押力発生部が前記押力を増加させると、前記排水処理部は、前記ガス流路に供給する前記所定のガスの供給量を増加させる、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記押力発生部は、前記燃料電池システムの動作停止の際に前記押力を増加させ、
前記排水処理部は、前記燃料電池システムの動作停止の際に前記排水処理を実行する、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記電解質膜は、前記アノード及び前記カソードに比べて吸水性が高い、
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記押力発生部は、前記押力を増加させる際に、前記押力によって前記電解質膜に発生する応力が、前記電解質膜が有するイオン交換基に相当する酸の水溶液中に前記電解質膜を浸したときに前記電解質膜の寸法変化が生じないような酸のモル濃度での浸透圧以上となるように前記押力を増加させる、
燃料電池システム。
【請求項７】
電解質膜と前記電解質膜に接するアノード及びカソードとを有し、反応ガスを用いて発電を行う膜電極接合体を備える燃料電池システムにおいて、前記膜電極接合体の内部に残留する残留水分を排出するための水分排出方法であって、
前記膜電極接合体の内部に存在する水分を低減する旨の低減要求を検出すると、前記膜電極接合体の厚み方向に加える押力を、前記低減要求検出前に比べて増加させる工程を備える水分排出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池内部の残留水分を排出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質層として固体高分子電解質膜を有する燃料電池では、かかる電解質膜が湿潤環境下において高いプロトン導電性を示すことから、電気化学反応に用いられる反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）を加湿することが多い。また、燃料電池のカソードでは、電気化学反応に伴って水が生成される。このような燃料電池内部で生じた水や、反応ガス内に含まれる水蒸気に起因して、燃料電池において種々な不都合が発生する。例えば、これらの水分が燃料電池の運転停止後も燃料電池内部に留まり、反応ガスを電解質膜に拡散するための拡散層において凝縮すると、拡散層が目詰まりして反応ガスの拡散が阻害され、燃料電池の起動時において発電能力が不安定となる。
【０００３】
そこで、このような残留水分を排出するために、反応ガスや窒素ガス等の不活性ガスを燃料電池に供給して掃気する燃料電池が種々提案されている（下記特許文献１〜３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７２６９４号公報
【特許文献２】特開２００２−３０５０１７号公報
【特許文献３】特開２００５−２６７８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１，２に記載の燃料電池では、燃料電池内の圧力を上昇させるように反応ガスを燃料電池に供給し、その後、圧力を減少させて残留水分を排出するので、残留水分と共に多量の反応ガスが排出されることとなり、燃費の低下を招くという問題がある。また、上記特許文献３に記載の燃料電池では、アノード側及びカソード側に対して交互に圧力を上昇させるように不活性ガスを供給することから、多量の不活性ガスを消費するという問題がある。なお、掃気用ガスの消費を抑えるべく、掃気に代えて、例えば、吸引排気を行うような燃料電池も考えられる。しかしながら、かかる燃料電池では、電解質膜内部の残留水分が蒸発等により電解質膜外に自然排出されるのに長時間を要することとなり、残留水分の効率的な排出が困難であった。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池内の残留水分の排出処理に用いるガス量を抑えつつ、残留水分を効率的に排出することを可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、電解質膜と前記電解質膜に接するアノード及びカソードとを有し、反応ガスを用いて発電を行う膜電極接合体と、前記膜電極接合体の厚み方向に押力を加える押力発生部と、を備え、前記押力発生部は、前記膜電極接合体の内部に存在する水分を低減する旨の低減要求を検出すると、前記押力を、前記低減要求検出前に比べて増加させることを要旨とする。
【０００８】
このように、本発明の燃料電池システムでは、押力発生部は、低減要求を検出すると、押力を低減要求検出前に比べて増加させるので、膜電極接合体内部に残留する水分を搾り出すことができる。従って、残留水分を短時間で排出することができ、所定のガスによって残留水分を排出する構成では、残留水分の排出に用いるガス量を抑えることが可能となる。また、所定のガスを用いる方法以外の方法によって残留水分を排出する構成においても、膜電極接合体から残留水分が搾り出されているので、短時間で効率的に残留水分を排出することができる。なお、「押力を低減要求検出前に比べて増加させる」とは、低減要求が燃料電池システムの運転停止（発電停止）の際に検出される場合には、押力を、通常の発電反応時に加えられている押力、或いは、発電反応停止時に加えられている押力に比べて増加させることも意味する。
【０００９】
上記燃料電池システムは、さらに、前記膜電極接合体に前記反応ガスを供給するためのガス流路と、前記ガス流路内の水分の排水処理を実行する排水処理部と、を備え、前記排水処理部は、前記ガス流路に所定のガスを供給することによって前記排水処理を実行するようにしてもよい。
【００１０】
このようにすることで、所定のガスの量を抑えつつ残留水分を効率的に排出することができる。
【００１１】
上記燃料電池システムにおいて、前記押力発生部が前記押力を増加させると、前記排水処理部は、前記ガス流路に供給する前記所定のガスの供給量を増加させるようにしてもよい。
【００１２】
このようにすることで、ガス流路に絞り出された残留水分を、所定のガス供給量を増加させない場合に比べて短時間で排出することができ、残留水分の効率的な排出が可能となる。
【００１３】
上記燃料電池システムにおいて、前記押力発生部は、前記燃料電池システムの動作停止の際に前記押力を増加させ、前記排水処理部は、前記燃料電池システムの動作停止の際に前記排水処理を実行するようにしてもよい。
【００１４】
このようにすることで、燃料電池システムの動作停止の後において、膜電極接合体内部の残留水分を減らすことができ、次回起動時において発電を安定させることができる。
【００１５】
上記燃料電池システムにおいて、前記電解質膜は、前記アノード及び前記カソードに比べて吸水性が高いことが好ましい。
【００１６】
このようにすることで、押力の増加によって押し潰された電解質膜は、その後、押力が減少した場合に膨らみ、残留水分は、アノード及びカソードから、吸水性の高い電解質膜内に移動することとなる。そして、電解質膜では、イオン交換基が含まれていることによって凝固点降下が生じ、氷点においても残留水分は凝縮しないので、燃料電池の運転停止後の低温環境下において、残留水分の凝縮を抑制することができる。
【００１７】
上記燃料電池システムにおいて、前記押力発生部は、前記押力を増加させる際に、前記押力によって前記電解質膜に発生する応力が、前記電解質膜が有するイオン交換基に相当する酸の水溶液中に前記電解質膜を浸したときに前記電解質膜の寸法変化が生じないような酸のモル濃度での浸透圧以上となるように前記押力を増加させるようにしてもよい。
【００１８】
このようにすることで、電解質膜から十分に残留水分を搾り出すことができる。
【００１９】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、水分排出方法や、水分排出方法または燃料電池システムの機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ｂ．変形例：
【００２１】
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図１に示す燃料電池システム１０００は、燃料電池スタック１０と、押力発生装置２０と、押圧部材２１と、圧力センサ２２と、制御ユニット３０と、水素タンク４０と、ラジエータ５０とを備える。燃料電池スタック１０は、積層された複数の単セル１００を備える。
【００２２】
押力発生装置２０は、モータ（図示省略）で発生したトルクを積層方向の応力に変換して、押圧部材２１を燃料電池スタック１０に押しつけることで、燃料電池スタック１０に押力を加える。なお、モータに限らず、電磁石や、ばねや、油圧シリンダ等を用いて押圧部材２１を燃料電池スタック１０に押しつける構成とすることもできる。圧力センサ２２は、燃料電池スタック１０における積層面の圧力を検出する。制御ユニット３０は、ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２、ＲＯＭ３３などを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭ３３に記憶されたプログラムに従ってシステムの運転を制御する。
【００２３】
燃料電池スタック１０には、電池反応に用いられる反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）及び冷却媒体が供給される。具体的には、水素タンク４０から、配管２５０ａを介して燃料ガスとしての水素が供給される。電池反応で用いられなかった燃料ガスは、配管２５０ｂを介して配管２５０ａに戻されて再び燃料電池スタック１０に循環される。配管２５０ｂには、循環のための循環ポンプ２４０が配置されている。また、燃料電池スタック１０には、エアポンプ３１０から配管３５０ａを介して酸化ガスとしての空気が供給される。電池反応で用いられなかった酸化ガスは、配管３５０ｂを介して大気中に放出される。また、燃料電池スタック１０には、ラジエータ５０から配管４５０ａを介して冷却媒体としての水が供給される。燃料電池スタック１０から排出された水は、配管４５０ｂを介してラジエータ５０に送られて再び燃料電池スタック１０に循環される。配管４５０ｂには、循環のための循環ポンプ４１０が配置されている。
【００２４】
各反応ガスは、加湿器（図示省略）で加湿されて燃料電池スタック１０に供給される。これは、単セル１００が有する電解質膜（後述）は、湿潤環境下において高いイオン交換能力を発揮するためである。なお、水素タンク４０から水素を供給する代わりに、アルコールや炭化水素などを原料とする改質反応によって水素を生成して供給するようにしても良い。また、冷却媒体として、水の代わりにエチレングリコール等の不凍水や空気等を用いてもよい。
【００２５】
図２は、図１に示す燃料電池スタック１０が有する単セル１００を模式的に示す説明図である。この単セル１００は、膜電極接合体１５０を、カソード側セパレータ１２５とアノード側セパレータ１３５とで挟んだ構成となっている。
【００２６】
膜電極接合体１５０は、電解質膜１１０を、カソード１２０とアノード１３０とで挟んだ構成となっている。電解質膜１１０は、スルホン酸基を含むフッ素樹脂系イオン交換膜であり、Nafion（登録商標）やFlemion（登録商標）やAciplex（登録商標）等を用いることができる。なお、電解質膜１１０としては、スルホン酸基に限らず、リン酸基やカルボン酸基など、他のイオン交換基を含む膜を用いることができる。カソード１２０は、ガス拡散層１２１及び触媒層１２２から成る。同様に、アノード１３０は、ガス拡散層１３１及び触媒層１３２から成る。ガス拡散層１２１，１３１としては、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを用いることもできるが、後述するように金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体を用いることが好ましい。また、触媒層１２２，１３２には、触媒金属である白金或いは白金合金等を用いることができる。
【００２７】
カソード側セパレータ１２５及びアノード側セパレータ１３５は、ガスを透過しない伝導性部材、例えば圧縮カーボンやステンレス鋼等の金属から成る部材によって形成される。カソード側セパレータ１２５は、凸凹形状を有しており、この凸凹形状によって、ガス拡散層１２１との間に、酸化ガスが流れるガス流路１２６が形成される。同様にして、アノード側セパレータ１３５も凸凹形状を有しており、ガス拡散層１３１との間において、燃料ガスが流れるガス流路１３６が形成される。
【００２８】
単セル１００では、燃料ガスマニホールド（図示省略）を介してガス流路１２６に燃料ガスが流入される。同様にして、酸化ガスマニホールド（図示省略）を介してガス流路１３６に酸化ガスが流入される。そして、アノード１３０では、燃料ガスを用いた電極反応が行われ、生成されたプロトンが電解質膜１１０を介してカソード１２０に移動する。一方、カソード１２０では、アノード１３０から移動してきたプロトンと酸化ガス（酸素）とを用いた電極反応が行われて水が生成される。
【００２９】
電解質膜１１０を移動する水分には、プロトンの移動に伴ってアノード１３０側からカソード１２０側に運ばれる水分（電気浸透水）と、この電気浸透水及びカソード１２０で生成された水分の一部が、膜中の水の濃度勾配の低いアノード１３０側に逆拡散する水分と、がある。これらの水分のうち、一部の水分はガス流路１２６，１３６から余剰ガスと共に単セル１００外に排出される。しかしながら、一部の水分は、燃料電池システム１０００の運転停止後において、膜電極接合体１５０の内部に留まることとなる。この残留水分は、運転停止後の低温環境下において凝縮して、触媒である白金表面を被覆して触媒能を劣化させたり、多孔質体であるガス拡散層１２１，１３１の目詰まりを引き起こしてガス拡散を阻害したりする。その結果、燃料電池システム１０００の起動時における発電力が不安定となる。そこで、燃料電池システム１０００では、後述する水分排出処理を行うことで、かかる残留水分を排出するように構成されている。
【００３０】
Ａ２．水分排出処理：
図３は、燃料電池システム１０００における水分排出処理の手順を示すフローチャートである。ユーザが、電気車両のイグニッションスイッチをオフすると、燃料電池システム１０００において、運転停止する際に水分排出処理が実行される。図３に示す水分排出処理が開始されると、ＣＰＵ３１（図１）は、圧力センサ２２を介して得られる圧力を測定しながら、水分を低減する旨の命令を押力発生装置２０に送信することで押力発生装置２０を制御して、燃料電池スタック１０に対して所定の押力を加える（ステップＳ６０５）。ここで、ガス拡散層１２１，１３１として、金属多孔質体を用いることが好ましいのは、以下の理由による。すなわち、ガス拡散層１２１，１３１が金属多孔質体であれば、剛性が高くカソード側セパレータ１２５及びアノード側セパレータ１３５が凸凹形状であっても、カソード１２０及びアノード１３０の積層面全体に押力を伝えることができるからである。
【００３１】
図４は、単セル１００内部における水分の残留状態を示す説明図である。図４（Ａ）は、水分排出処理開始時における水分の残留状態を示し、また、図４（Ｂ）は、燃料電池スタック１０に押力を加えた場合の水分の残留状態を、図４（Ｃ）は、水分排出処理後の水分の残留状態を、それぞれ示す。これらの図において、水分は黒点で示されている。図４（Ａ）の例のように、水分排出処理を開始した時点では、膜電極接合体１５０の内部には水分が残留している。そして、燃料電池スタック１０に押力が加えられると、各単セル１００にも押力が加えられるので、図４（Ｂ）に示すように電解質膜１１０は押し潰され、電解質膜１１０の厚みｗ２は、押力が加えられる前の厚みｗ１に比べて薄くなる。このように電解質膜１１０が押し潰されることで、電解質膜１１０内部の残留水分は搾り出され、ガス拡散層１２１，１３１を介してガス流路１２６，１３６に流出する。
【００３２】
ステップＳ６０５の後、ＣＰＵ３１は、燃料電池スタック１０に押力を加えたままで、燃料電池スタック１０に燃料ガス及び酸化ガスを供給して掃気し、ガス流路１２６，１３６に搾り出された水分を、図示せざるドレインから燃料電池スタック１０の外に排出する（ステップＳ６１０）。なお、燃料ガス及び酸化ガスに代えて、窒素ガス等の不活性ガスを用いて掃気してもよい。
【００３３】
次に、ＣＰＵ３１は、目標の水分量が排出されたら、押力発生装置２０を制御して、燃料電池スタック１０に対して加えていた押力を抜く（ステップＳ６１５）。燃料電池スタック１０から押力が抜かれると、各単セル１００からも押力が抜かれるので、図４（Ｃ）に示すように電解質膜１１０は膨らみ、電解質膜１１０の厚みｗ３は、押力が加えられていた際の厚みｗ２よりも厚くなる。このとき、ガス流路１２６，１３６に流出せずにカソード１２０及びアノード１３０に残留した水分は、カソード１２０及びアノード１３０から電解質膜１１０に移動する。これは、電解質膜１１０は、カソード１２０及びアノード１３０に比べて吸水性が高いので、カソード１２０及びアノード１３０内の水分を吸い取るからである。
【００３４】
以上のように、燃料電池システム１０００では、燃料電池スタック１０に押力を加えて各電解質膜１１０から残留水分を絞り出してから掃気するので、掃気に用いる各反応ガスの量を抑えることができ、燃費を向上させることができる。また、掃気した後に押力を抜くようにしているので、各電解質膜１１０を膨らませて、カソード１２０及びアノード１３０内部の残留水分を、より吸水性の高い電解質膜１１０に移動させることができる。ここで、電解質膜１１０では、スルホン酸基を含むために凝固点降下が生じ、低温（氷点）下においても水分は凍らない。従って、前述の水分排出処理後において、膜電極接合体１５０内部に水分が残留することとなっても、運転停止後の低温環境下において、かかる残留水分の凝縮による白金表面の被覆や、ガス拡散層１２１，１３１の目詰まりを抑制することができる。
【００３５】
Ａ３．押力の大きさの決定方法：
図５は、燃料電池スタック１０に加える押力の大きさを決定する方法を模式的に示す説明図である。本実施例では、硫酸水溶液に電解質膜１１０を浸した場合に、電解質膜１１０の寸法変化を生じないような硫酸水溶液の硫酸濃度を実験によって求め、かかる濃度における浸透圧に基づいて、燃料電池スタック１０に加える押力の大きさを決定する。
【００３６】
具体的には、図５（Ａ）に示すように電解質膜１１０を硫酸水溶液ＳＷに浸し、その後、電解質膜１１０を硫酸水溶液ＳＷから取り出して平面方向の寸法を測定する実験を行う。なお、このときの実験環境は、温度は０℃（２７３Ｋ）であり、湿度は５０〜６０％であるものとする。そして、この硫酸水溶液ＳＷの硫酸濃度（モル濃度）を段階的に変えて、その都度、電解質膜１１０の厚みを測定する。なお、電解質膜１１０には、予め、所望の含水率（例えば、最大含水量の８０％）となるように恒温恒湿槽で前処理が施されている。
【００３７】
図５（Ｂ）に示すグラフは、図５（Ａ）における実験結果を示すグラフである。このグラフの横軸は、硫酸水溶液ＳＷにおける硫酸濃度（ｍｏｌ／Ｌ）を示し、縦軸は、硫酸水溶液ＳＷに浸す前の寸法を基準とした電解質膜１１０の平面方向の寸法変化（ｍｍ）を示す。電解質膜１１０は、水分及びスルホン酸基を含むために希硫酸とみなすことができる。それ故、電解質膜１１０におけるスルホン酸基の濃度が、硫酸水溶液ＳＷにおける硫酸濃度（スルホン酸基の濃度）よりも高い場合には、硫酸水溶液ＳＷの水分が電解質膜１１０に吸収されて電解質膜１１０が膨張する。一方、電解質膜１１０におけるスルホン酸基の濃度が、硫酸水溶液ＳＷにおけるスルホン酸基の濃度よりも低い場合には、電解質膜１１０内の水分が硫酸水溶液ＳＷに排出されて電解質膜１１０が収縮する。
【００３８】
従って、図５（Ｂ）のグラフに示すように、硫酸水溶液ＳＷの濃度を徐々に高くしていくと、硫酸水溶液ＳＷに浸す前の寸法に比べて４（ｍｍ）大きくなっていたのが、４．８（ｍｏｌ／Ｌ）で平面方向の寸法変化がなくなり、５（ｍｏｌ／Ｌ）以上で、浸す前の寸法に比べて小さくなる。ここで、電解質膜１１０の寸法変化がないときの浸透圧Πを、下記式（１）に基づいて算出すると１０．８ＭＰａ（パスカル）となる。
【００３９】
Π  ＝  ｃＲＴ  ・・・（１）
なお、上記式（１）において、「ｃ」は硫酸水溶液ＳＷの濃度を示し、また、「Ｒ」は気体定数（８．３１Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）を、「Ｔ」は絶対温度（この場合２７３Ｋ）を、それぞれ示す。
【００４０】
従って、この１０．８ＭＰａの浸透圧以上の圧力となるように、電解質膜１１０に押力を加えることで、電解質膜１１０から十分に水分を搾り出すことができる。そこで、この１０．８ＭＰａを電解質膜１１０の積層面の面積で除して求めた力以上の力を、燃料電池スタック１０に加える押力の大きさとして決定することが好ましい。なお、かかる押力の最低値は、上述した前処理における所望の含水率や、温度等の実験環境によって異なるため、燃料電池スタックに用いられている電解質膜の特性や実際の使用環境等を考慮して実験を行うことが好ましい。また、燃料電池スタック１０を構成する各部材の強度も考慮して押力の大きさを決定することが好ましい。
【００４１】
ここで、本実施例では、ガス拡散層１２１，１３１が金属多孔質体であって比較的剛性の高い材質であることから、上述したように、算出した浸透圧を電解質膜１１０の積層面の面積で除して押力の大きさを求めるものとした。しかしながら、ガス拡散層をカーボンペーパー等の比較的剛性の低い材質で構成する場合には、カソード側セパレータ１２５及びアノード側セパレータ１３５の凸凹を考慮した面積で、算出した浸透圧を除して押力の大きさを決定ようにしてもよい。また、電解質膜として、スルホン酸基以外の他のイオン交換基を有する膜を用いる場合には、硫酸水溶液ＳＷに代えて、かかるイオン交換基を含む水溶液を用いて前述の実験を行えばよい。そして、かかる電解質膜の寸法変化が生じないようなイオン交換基のモル濃度での浸透圧以上となるように、押力の大きさを決定すればよい。
【００４２】
Ｂ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４３】
Ｂ１．変形例１：
上述した実施例では、押力発生装置２０は、水分排出処理を実行する際にのみ、燃料電池スタック１０に押力を加えるものとしたが、これに代えて、常に燃料電池スタック１０に押力を加える構成であってもよい。例えば、押力発生装置２０は、積層された単セル１００を締結するために常に押力を加えている構成であってもよい。かかる構成の場合には、押力発生装置２０は、ステップＳ６０５において加える押力を増加させ、ステップＳ６１５において増加させた押力を減少させるようにすればよい。すなわち、ステップＳ６０５において、通常発電時に加える締結力よりも大きな押力を燃料電池スタック１０に加えるようにして、ステップＳ６１５において、通常発電反応時の締結力以下となるように押力を減少させるようにすればよい。
【００４４】
Ｂ２．変形例２：
上述した実施例では、押力発生装置２０に対して水分を低減する旨の命令が送信されるタイミングは、電気車両のイグニッションスイッチがオフされて、燃料電池システム１０００が運転を停止する際であるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電気車両が通常運転状態やアイドリング状態の際に、かかる命令を送信する構成であってもよい。このようにすることで、通常運転状態やアイドリング状態の際に水分排出処理を行うことができる。そして、この場合、膜電極接合体１５０に対して押力を加えて水分を搾り出した後、燃料ガスの供給量を若干増加させて供給するようにしてもよい。このようにすることで、通常運転状態またはアイドリング状態における排水性を高めることが可能となる。
【００４５】
Ｂ３．変形例３：
上述した実施例では、電解質膜１１０は、カソード１２０及びアノード１３０に比べて吸水性が高いものとしたが、本発明は、かかる構成に限定されるものではなく、電解質膜１１０がアノード及びカソードに比べて吸水性が低い構成であっても構わない。かかる構成であっても、膜電極接合体１５０に対して押力を加えることで膜電極接合体１５０内の水分を搾り出すことができるので、掃気に用いる各反応ガスの量を抑えることができ、燃費を向上させることができる。
【００４６】
Ｂ４．変形例４：
上述した実施例では、燃料電池システム１０００は、複数の単セル１００が積層した燃料電池スタック１０を備えるものとしたが、１つの単セルのみで構成されるものであってもよい。このような構成であっても、かかる単セルに対して押力を加えることで、単セル内部の水分を搾り出して掃気することができるので、掃気に用いる各反応ガスの量を抑えることができ、燃費を向上させることができる。
【００４７】
Ｂ５．変形例５：
上述した実施例では、燃料電池システム１０００は、反応ガスを用いた掃気処理によって、ガス流路１２６，１３６に搾り出された水分を排出する構成であったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、掃気に代えて、バキュームポンプ等で吸引することによって、余剰ガス及び水分を排出する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図。
【図２】図１に示す燃料電池スタック１０が有する単セル１００を模式的に示す説明図。
【図３】燃料電池システム１０００における水分排出処理の手順を示すフローチャート。
【図４】水分排出処理における単セル１００内部の残留水分を模式的に示す説明図。
【図５】燃料電池スタック１０に加える押力の大きさを決定する方法を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
【００４９】
１０…燃料電池スタック
２０…押力発生装置
２１…押圧部材
２２…圧力センサ
３０…制御ユニット
３１…ＣＰＵ
４０…水素タンク
５０…ラジエータ
１００…単セル
１１０…電解質膜
１２０…カソード
１２１…ガス拡散層
１２２…触媒層
１２５…カソード側セパレータ
１２６…ガス流路
１３０…アノード
１３１…ガス拡散層
１３２…触媒層
１３５…アノード側セパレータ
１３６…ガス流路
１５０…膜電極接合体
２１０…水素タンク
２４０…循環ポンプ
２５０ａ，２５０ｂ，３５０ａ，３５０ｂ，４５０ａ，４５０ｂ…配管
３１０…エアポンプ
４１０…循環ポンプ
１０００…燃料電池システム
ＳＷ…硫酸水溶液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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